光學濾光片可選擇性地透過特定波長范圍的光，同時阻擋其余波長的光。從日常攝影到先進的科學研究，濾光片在眾多應用中都至關重要。本文回顧了光學濾光片的基本原理、主要類型及其主要應用。

基本定義：濾光片可以控制光的光譜特性。它們可以選擇性地透射、反射或阻擋不同波長的光。濾光片在攝影領域的應用已有一個多世紀的歷史，通常用于顯微鏡、光譜學、化學分析、機器視覺、天文學、電信和醫學成像。

一、明確光學濾波器的關鍵術語：

盡管光學濾波器與其他光學元件有許多相同的規格，但了解該領域特有的特定術語也很重要。這些術語可以幫助您確定最適合您應用的濾光片。

1.CWL中心波長 指的是濾波器傳輸光譜的中點。遇到傳統鍍膜光學濾波器時，CWL 附近的傳輸率最高。另一方面，硬鍍膜光學濾波器通常在整個帶寬內具有一致的傳輸；

2.帶寬：是指濾波器允許光線通過的光譜 "窗口"。它通常定義為 FWHM（全寬-半最大值）；

3.FWHM：一種更具體的帶寬測量方法。它描述了濾波器傳輸的頻譜寬度。要確定 FWHM，需要確定濾波器達到其最大傳輸率一半的位置。為了清楚起見，如果濾波器的峰值傳輸率為 90%，那么 FWHM 就定義在傳輸率達到 45% 的波長之間。快速指南  

o FWHM ≤ 10nm： 這些是窄帶濾光片，適用于激光純化和化學傳感等任務。

o 全寬域在 25-50nm 之間： 是機器視覺的理想選擇。

o 全寬域 > 50 納米： 這些是寬帶濾光片，常用于熒光顯微鏡。

4.光束斜率

主要與邊緣濾光片（如短通或長通濾光片）有關，它描述了濾光片從阻擋光線到允許光線通過的轉換速度。它是根據截止波長百分比來定義的。例如，對于斜率為 1%的 500nm 長通濾波器來說，在 5nm 的帶寬范圍內，透射率從 10%過渡到 80%；

5.阻擋范圍

濾光片有意削弱或減少透射光的光譜部分。這種阻擋的效率通常用 "光密度 "來衡量。

5.光學密度OD：

表示濾光片阻擋或減少光線的效果。外徑越大，透光率越低，反之亦然。具體來說

o OD ≥ 6：適用于高阻擋需求，如拉曼光譜或熒光顯微鏡。

o OD在 3.0-4.0 之間： 激光過濾、機器視覺和化學檢測的理想選擇。

o OD小于 2.0： 最適合顏色區分和光譜階次分離等應用。

了解這些術語對在各種應用中選擇和使用濾光片做出明智的決定大有幫助。

二、濾光片的基礎知識

濾光片的功能基于干擾、吸收、透射或任何組合。其性能指標通常包括

- 透射率： 通過濾光片的入射光。

- 阻帶： 光被明顯衰減的波長范圍。

- 帶寬：濾光片阻擋或允許傳輸的波長范圍的寬度。

三、濾光片的種類

1.吸收性濾光片（截止）：這類濾光片吸收不需要的波長，同時透射需要的波長。它們通常由彩色玻璃、染色塑料或合成彩色凝膠制成。這種濾光片結構簡單、成本低廉，常用于太陽鏡和簡單的相機鏡頭；

2.干涉濾光片：根據建設性和破壞性干涉原理工作，由折射率不同的多層薄材料組成。這些薄層與入射光發生干涉，使所需波長的光發生建設性干涉而通過，而不需要的波長則發生破壞性干涉而被反射或阻擋。

分色濾光片： 反射不需要的波長，同時透射所需的波長。

帶通濾波器： 傳輸特定范圍的波長。

長短通濾波器： 分別傳輸長于或短于截止值的波長。

3.可調濾波片：可調節濾除的波長。例如聲光可調濾波器（AOTF）和液晶可調濾波器（LCTF）

三、應用

攝影： 濾光鏡可以增強對比度、控制曝光過度或校正色彩

天文： 天文學家使用濾光片來分離特定元素或化合物發出的波長，從而幫助研究天體

電信：密集波分復用技術（DWDM）利用濾光片在單根光纖上分離和路由不同的數據通道

生物醫學成像： 在熒光顯微鏡中，光學濾波器是將發射信號與激發源隔離的關鍵

光譜分析： 濾波器可隔離特定波長帶，進行有針對性的光譜分析

光學濾波器的設計多種多樣，在眾多技術應用中起著舉足輕重的作用。隨著光子學和光學技術的不斷發展，光學濾波器的重要性和復雜性只會有增無減。